北工大测量放大器(20210412064749)

1、北京工业大学电子课程设计报告学号：14020019姓名：康文杰学院：电控学院专业：电子信息工程题目:测量放大器测量放大器（一）设计任务：使用运算放大器设计一套用于交流信号测量的放大器模块。（二）基本要求：1差模电压放大倍数AVD = 1500,可手动调节；2最大输出电压为土 10V,非线性误差0.5 %；3在输入共模电压+7.5V一7.5V范围内，共模抑制比KCMR 104在AVD = 500时，输出端噪声电压的峰一峰值小于IV；通频带010Hz ；前言：测量放大器简介放大器是能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控

2、制等各种装 置中。 了解和掌握放大器对于学习和应用电子系统有很大的帮助。信号检测中的放大电路有很多种类型，实际系统中常釆用的有测量放大器和隔离放大器。测量放大器也称为仪表放大器或数据放大器，它是一种可以用来放大微弱差 值信号 的高精度放大器，在测量控制等领域具有广泛的用途。通常，测量放大器多采用专用集 成模块来实现，虽然有很高的性能指标，但不便于实现增益的预置与数字控制，同时价 格较高。为此，结合应用实际，利用高增益运放，设计了一种具有高共模抑制比，高增 益数控可显的测量放大器。提高了测量放大器的性能指标，并实现放大器增益较大范围 的步进调节。本次设计通过采用仪用放大器的改造来实现设计一测量放

3、大器及其所用的 稳压电源, 并满足其高输入阻抗和高共模抑制比及高通频带的要求0测量放大器主要实现对微信 号的测量，主要通过运用集成运放组成测量放大电路实现对微弱 信号的放大，要求有较 高的共模抑制能力及较高的输入电阻，减少测量的误差及对被测电路的影响，并要求放 大器的放大倍数可调己实现对比较大的范围的被测信号的测量。测量放大器前级主要用差分输入，经过双端信号到单端信号的转换，最终经 比例放 大进行放大。元件清单:元件名称元件标称值或型号电阻10k Q X 12, 20k Q X 1, 50kQ X 3, 100k Q X 3电位器10k Q X 1电容10 卩 FX 1电感无三极管无二极管无集

4、成电路LP07X 5其他无第一部分：信号变换放大器设计并制作一个信号变换放大器，参见下图。将函数发生器单端输出的正弦电压信号不 失真地转换为双端输出信号，以此作为差动放大器的输入信号。函数A 发生器信号变换4- * 竺歆大器亠一一尸V-第二部分：差动放大器设计、制作一个测量用差动放大器，参见下图。输入信号VI取自桥式测量电路的输 出。当R1二R2二R3二R4时，VI二0。R2改变时，产生工0勺电压信号。R3*】10&10K-10K-VpAVb=-15第三部分：前置放大器要求：被测输入正弦波信号最小幅度为有效值频率10毫伏；（输入幅度尽量小） 为lOOHZlOKHZ ;（上限频率尽量高）放大器增

5、益达到40dBo （增益尽量高）（三）设计方案1信号交换放大器信号变换放大器主要功能是将函数发生器的单端输入Vil变换成直流电压放大器的双端 输出Voo设计并制作一个信号变换放大器。将函数发生器单端输出的正弦电压信号不失真地转换 为双端输出信号，用作测量直流电压放大器频率特性的输入信号。废主器士一信号变换dV肢大器4” V+设计要求将函数发生器单端输出的正弦电压信号不失真的转换为双端输出信号 用作测量直流电压放大器频率特性的输入信号。为了使信号不失真，就需保证电路的对称仿真实验电路图小|心*J 亀V021vol arkf!*f w 医r v |6rTbti同相放大器A1的电压增益Vol/ Vi

6、=l,反相放大器A2的电压增益Vo2 / Vi=-l/2所以总增益Vo / Vi=( Vol Vo2)/ Vi =1总增益Vo/ Vi =12.差动放大器同相并联式高阻抗测量放大器电路具有输入阻抗高、增益调节方便、漂移互相补偿、双 端变单端以及输出不包括共模信号等优点。线路前级为同相差动放大结构，要求两运放的性能完全相同，这样，线路除具有差模、共模输人电阻大的特 点外，两运放的共模增益、失调及其漂移产生的误差也相互抵消，因而不需精密匹配电 阻。后级的作用是抑制共模信号，并将双端输出转变为单端放大输出，以适应接地负载 的需要，后级的电阻精度则要求匹配。增益分配一般前级取高值，后级取低值。仿真实验

7、电路图该测量放大器由运放U1和U2按同相输入接法组成第一级差分放大电路，运放U3组成第二级差分放大电路。3前置放大器输入及输出电容器（C1及C4）只是选项，可根据实际情况考虑选用。适用与否取决于用 户系统的输入与输出如何连接。若输出设有直流补偿，那么便需要增设C1输入电容器， 以便阻塞直流电信号。输出电容器也可发挥相同的作用。（四）实验记 录信号交换放大器:实际电路图差动放大器lV衽 mrnlOQfcfi-WV-二MOflvec波形图前置放大器总电路图:电略总图0仿真实验图实际电路图五）收获体会测量放大器涉及到了上学期学习的模拟电子技术的内容，通过实验加深了我对 模拟电路知识的理解和掌握。为了完成设计任务，我们通过翻阅教材 和资料，巩固 了之前所学的专业课知识，并在实践中进一步加深了对专业知 识的掌握和应用。在实验过程中我们组遇到了几个问题：1差动放大器未达到理想放大倍数。我们通过调试电路发现是电阻的阻值不 合理。通 过调节电阻的阻值，最终电路达到了理想的放大倍数。2输出波形严重失真。最初第三部分前置放大器的波形严重失真，我们猜测是输 入电压不合理。最终通过调试输出波形恢复正常。我认为自己最大的不足便是调试、分析电路的能力不足，连好电路经常出不 来结果就一筹莫展。通过这次课设，我们排查电路故障的能力得到了很大提高。 在电路连接完成却不能